Теплиця

Винахід відноситься до споруд захи щеного ґрунту і може бути використаний для вирощування овочів, розсади та квітів, а також для проведення наукових досліджень, пов'язаних з вегетативним розвитком рослин в період знижених температур навколишнього середовища. Відомі односхила і двосхила теплиці (див. кн. Захаров А.А. Применение тепла в сельском хозяйстве. - М.: Колос, 1974, с.155. - Рис.79,в), виконані у вигляді однієї секції, яка включає основу, покрівлю, зовнішнє огородження, утворене бічними стінами, зв'язаними з основою, і покрівлю. Однак, недоліком таких теплиць є неоптимальність розмірів поверхні огородження, що обумовлює перевитрату будівельного матеріалу, часу та інші затрати, пов'язані з їх спорудженням. Крім цього, вони при експлуатації потребують потужних джерел теплопостачання, необхідних для одночасного обігрівання всього внутрішнього об'єму, особливо при введенні в дію ранньої весни і виведенні пізньої осені, а також неможливість проведення дослідження локального вегетативного розвитку по фазах при різних температурно-вологих режимах одночасно однієї або декількох рослин. Все це створює певні незручності, знижує ефективність теплиць та обмежує область їх використання. Таким чином, відомі теплиці малоефективні, мають обмежені функціональні можливості та область використання. Тому для розв'язання поставленої задачі пропонується удосконалення відомих теплиць, суттєві ознаки якого полягають в оптимізації їх поверхонь зовнішнього огородження. Для реалізації цього, згідно з винаходом, пропонується одно - і двосхилі, а також іншого профілю теплиці виконувати багатосекційними шляхом установки додаткових поперечних, однакового з теплицею профілю, перегородок. Відповідно до схеми і прийнятих позначень розмірів двосхилої багатосекційної теплиці (фіг.1) розрахуємо їх оптимальні значення, виходячи з умови забезпечення мінімізації площі робочої поверхні огородження при наперед заданому об'ємі V. x Покладемо h = , тоді площа поверхні огородження теплиці буде: 3 5 (n + 1) 2 2 + 10 x + xy , (1) 12 3 де n - кількість секцій теплиці. 5 2 12V Оскільки V = x y , то звідси випливає, що y = , тому залежність (1) матиме вигляд: 12 5x 2 S= S= ( ) 5 (n + 1) 2 4 2 + 10 V x + . (2) 12 5x Диференціюючи (2) по змінній х та розв'язуючи рівняння x = 2×3 ( ) 3V 2 + 10 . (3) 25(n + 1) Враховуючи (3) і залежність y = y = 3×3 dS = 0 , отримуємо шукане значення розміру х: dx 12V 5x 2 , одержимо оптимальне значення розміру y: 5V (n + 1)2 . (4) 2 9 2 + 10 Залежність між оптимальними розмірами х і у, отримана на основі співвідношень (3, 4), матиме вигляд: 5 (n + 1) y= x (5) 2 2 + 10 При умові, що x ³ 4,8 м . При знайдених оптимальних значеннях х і у площа поверхні огородження буде найменшою, причому її значення згідно з (1, 5) виразиться формулою Smin=(5/4)(n+1)x2 . (6) Площа поверхні огородження односекційної теплиці цього типу з оптимальними розмірами, згідно з (6) при n=1, має значення S1=(5/2)х2, а сумарна площа поверхонь огородження таких п окремих теплиць буде Sn=(5/2)nх2 . (7) Економія будівельних матеріалів в одиницях площі, що досягається при спорудженні двосхилої багатосекційної теплиці замість n окремих односекційних теплиць, пропорційна економії площі її поверхні огородження, яка на основі (6, 7) виражається залежністю ( ( ) ) DS = Sn - S min = (5 / 4)(n - 1)x 2 . (8) Тоді на основі (7, 8) отримуємо відносну економію будівельних матеріалів DS 50(n - 1) dS = × 100% = % . (9) Sn n З формули (9) випливає, що найменше значення економії будматеріалів одержується при n=2 і складає 25%, причому його величина зростає із збільшенням кількості секцій теплиці. Площа робочої частини зовнішньої поверхні огородження односхилої багатосекційної теплиці (фіг.2) виражається співвідношенням: S= 5 (n + 1) 2 5 + 37 x + xy , 12 6 а з урахуванням того, що y = S= ( ) 12V 5x 2 , функція S набере вигляду 5 (n + 1) 2 2 V 5 + 37 x + . (10) 12 5x Диференціюючи (10) по змінній х та розв'язуючи рівняння ( ) dS = 0 , одержимо: dx 12V 5 + 37 . (11) 25(n + 1) Використовуючи (11) з ура хуванням залежності між х і у матимемо оптимальне значення іншого шуканого розміру: x =3 y= 60V (n + 1)2 . (12) 2 37 З рівностей (11) і (12) випливає оптимальна залежність між габаритними розмірами односхилої n - секційної теплиці: 5 (n + 1) y= x . (13) 5 + 37 Поступаючи аналогічно, отримаємо оптимальні значення габаритних розмірів та залежностей між ними: 1) для тунельної n - секційної теплиці (фіг.3), у якої зовнішня поверхня огородження (бічні стіни разом з покрівлею) має вигляд горизонтального напівциліндра 3 x =3 (5 + 16V (n + 1)p ) ; (14) 2(n + 1)2 V , (15) p n+1 причому y = x . (16) 2 2) для напівтунельної n - секційної теплиці (фіг.4), у якої одна бічна стіна є вертикальною, а друга разом з покрівлею має вигляд чверті поверхні горизонтального циліндра y =3 x =3 y =3 4 V(p + 2) (n + 1)p2 ; (17) 4 V(n + 1)2 × p , (18) (p + 2)2 p (n + 1) причому y = x . (19) p+2 Теоретичні дослідження показують, що економія будівельних матеріалів, яка досягається при спорудженні односхилої, тунельної і напівтунельної багатосекційних теплиць, також може бути обчислена за формулою (9), тобто є однаковою для всіх чотирьох типів теплиць. Отже, найбільша економія будівельних матеріалів при спорудженні запропонованих багатосекційних теплиць чотирьох типів досягається тоді, коли між їх габаритними розмірами х і у існують співвідношення, що x визначаються відповідно формулами (5, 13, 16, 19), причому в перших двох випадках можна прийняти h = при 3 x ³ 4,8 м , а в решті випадків значення розміру х можна вибирати на підставі практичної доцільності. Якщо задаватись внутрішнім об'ємом V теплиці, то значення розміру х для кожної з них необхідно визначати відповідно за формулами (3, 11, 14, 17). На представленому кресленні схематично показано багатосекційні теплиці, де на фіг.1 - двосхила, на фіг.2 односхила, на фіг.3 - тунельна і на фіг.4 - напівтунельна. Багатосекційні теплиці включають основу 1, розміщену по всьому периметру і зв'язану з нижньою частиною бічних стін 2, верхня частина яких з'єднана з покрівлею 3. Всередині теплиць, на однаковій віддалі одна від одної та однакового з теплицями профілю установлені перегородки 4. Кожна перегородка має двері (на схемах не показані), необхідні для сполучення між собою у процесі експлуатації. Опалення теплиць виконано таким чином, що забезпечується можливість послідовного, починаючи з останньої, відключення окремих секцій. Експлуатація багатосекційних теплиць проводиться аналогічно до односекційних шляхом послідовного переходу від попередньої до наступної секції. Введення теплиць в дію повинно проводитись поетапно по ходу закладання в секціях вирощуваних рослин, починаючи з початкової. В такому випадку малопотужного джерела теплоти, навіть при короткочасних сильних зниженнях температури зовнішнього повітря, може бути достатньо для обігрівання кількох секцій теплиці. В міру підвищення температури необхідно послідовно вводити в експлуатацію наступні секції, які технологічно неможливо було би ввести в дію одночасно з попередніми. При цьому в кожній секції можна вирощувати культури, які для свого вегетативного розвитку вимагають різних температурно-вологих режимів. Останні забезпечуються системою теплопостачання. Секції теплиці виводяться з експлуатації у зворотній послідовності пізньої осені, коли у зв'язку зі зниженням температури повітря навколишнього середовища потужності системи теплопостачання стає недостатньо для обігрівання всієї теплиці. Використання запропонованих теплиць, у порівнянні з відомими, дасть можливість: зменшити витрату будівельних матеріалів, часу і праці при спорудженні теплиць за рахунок оптимізації їх поверхонь огородження; зменшити витрати теплової енергії за рахунок зменшення площі поверхні огородження; використовува ти менш потужні системи теплопостачання за рахунок можливості поетапного введення теплиць в дію ранньої весни і виведення їх пізньої осені, що зменшить собівартість вирощуваної продукції; зменшити кількість опалювальних агрегатів системи теплопостачання, необхідних для покриття пікових теплових перевантажень, що зменшить експлуатаційні затрати на утримання теплиць; виконувати дослідження процесів вегетативного розвитку по фазах різних видів рослин за рахунок їх локалізації в окремих секціях і можливості створення мікроклімату; покращити умови і створити певні зручності при експлуатації теплиць за рахунок гнучкого керування роботою їх секцій. Все це підвищить ефективність, розширить функціональні можливості та область використання запропонованих теплиць, що дасть народному господарству певний економічний ефект.